(57)【要約】【課題】高い信頼性を備える半導体装置及び製造方法を提供する。【解決手段】  半導体装置１０は、電極パッド１１ａに電気的に接続された突起電極１４を備える半導体ベアチップ１１と、フレキシブル配線基板からなる配線基板１２と、配線基板１２上に形成されたリード１３と、樹脂シート１５と、を備える。  樹脂シート１５は、半導体ベアチップ１１とリード１３とを一括して覆う。樹脂シート１５によって、リード１３と突起電極１４が剥離することを防止することができ、またリード１３、突起電極１４等が埃、水分等で汚染されるのを防ぐことができる。【選択図】図１
2006344756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
前記配線基板上に形成されたリードと、
前記リードに電気的に接続された突起電極と半導体素子とを有する半導体チップと、
前記半導体チップと、前記リードとを一括して被覆する樹脂シートと、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップの前記半導体素子は、前記突起電極と同一面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子は、受光面又は発光面を備える光学半導体素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記配線基板は、少なくとも前記受光部又は前記発光部に対向する領域が透光性を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記配線基板は、前記光学半導体素子の前記受光部又は前記発光部に対向する領域に開口部を有し、
前記開口部は、透光性を備える板状部材で覆われることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップの前記半導体素子は、前記突起電極が形成された面とは反対側の面に形成され、
前記半導体チップは、前記半導体チップの前記半導体素子が形成された面に設けられた電極パッドとを更に備え、
前記電極パッドと前記突起電極とが、前記半導体チップを貫通する導電部材を介して、電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体チップの前記半導体素子は、受光部又は発光部を有する光学半導体素子であり、
前記樹脂シートは透光性を備えることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体チップと前記配線基板との間に、少なくとも前記リードと前記突起電極とを覆うように封止樹脂が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
突起電極を半導体チップに形成された電極パッド上に電気的に接続する突起電極接続工程と、
前記突起電極を配線基板上に形成されたリード上に載置し、前記突起電極と、前記リードとを電気的に接続するリード接続工程と、
前記半導体チップ及び前記リードを覆うように、樹脂シートを一括して貼り付ける樹脂シート貼付工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂シート貼付工程では、ローラープレス、又は真空プレスにより前記半導体チップ、前記リード、及び前記配線基板に前記樹脂シートを密着させることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ベアチップを配線基板に搭載したフリップチップ実装構造を備える半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パッケージの小型化、実装面積の縮小化を図るため、基板上のリードと半導体ベアチップ上に形成された突起電極とを電気的に接続する、いわゆるフリップチップ実装構造が用いられている。また、基板として、特に可撓性のあるフレキシブル配線基板を用いることで、更なる実装効率の向上が図られている。
【０００３】
半導体ベアチップを配線基板にフリップチップ実装した従来の半導体装置８０を図６に示す。半導体装置８０は、図６に示すように、電極パッド８１ａを備える半導体ベアチップ８１と、可撓性のフレキシブル配線基板からなる配線基板８２と、配線基板８２上に銅箔等から形成されたリード８３と、金バンプ等からなり電極パッド８１ａ上に形成された突起電極８４と、リード８３を覆うように形成されたカバーレイフィルム８５と、半導体ベアチップ８１と配線基板８２との間に充填された封止樹脂８６と、を備える。また、リード８３と突起電極８４は、熱圧着や金属拡散等の手法で電気的に接続されており、突起電極８４やリード８３等の導電部材は、封止樹脂８６によって湿気や埃等から保護される。
【０００４】
図６に示す半導体装置８０は、リード８３と突起電極８４との接続強度が不十分で、配線基板８２を折り曲げた際の応力で、突起電極８４とリード８３との接点が離れることがあった。また、リード８３と封止樹脂８６の密着力が弱く、配線基板８２を折り曲げた際の応力で封止樹脂８６が剥離し、吸湿等の問題が生じることがあった。このため、図６に示すような従来の半導体装置８０は、応力による破損によって信頼性が低下するおそれがあり、ハンドリングに注意が必要であった。
【０００５】
そこで、図７に示すように配線基板８２を折り曲げた際に、突起電極８４とリード８３との剥離、封止樹脂８６の剥離等を防ぐよう半導体ベアチップ８１全体を樹脂層９５で覆い、強度を高めた半導体装置９１が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、半導体ベアチップ８１が、特にフォトダイオード等の受光部を有する光学半導体素子８１ｂを含む場合、図８に示す半導体装置９２のように、配線基板８２に開口部８２ａを設け、この開口部８２ａに透光性樹脂９６を充填していた。または、図９に示す半導体装置９３のように、突起電極８４を樹脂層９８によって封止し、開口部８２ａを覆うようにガラス等の透光性基板９７を接着材によって接着し、光学半導体素子８１ｂ表面を保護していた。（例えば、特許文献２参照）
【特許文献１】特開平１０−１９９９３６号公報
【特許文献２】特許第３２０７３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図７に示す半導体装置９１では、樹脂層９５の分だけ半導体装置９１の厚みが増すため、小型化、薄型化には適さず、樹脂層９５の使用量が多くなると、製造コストの面でも適当ではない。さらに、半導体ベアチップ８１上に樹脂層９５を形成するための樹脂供給作業の工程が増える分、生産効率が低下する問題があった。
【０００８】
また、図８に示すように半導体ベアチップ８１が光学半導体素子８１ｂを備える場合、光学半導体素子８１ｂの受光部（又は発光面）に対向するように、配線基板８２に開口部８２ａを形成するため、強度が低下する問題があった。
【０００９】
また、図９に示すように配線基板８２の開口部８２ａを透光性基板９７で覆った場合、透光性基板９７の厚み分だけ半導体装置９３も厚くなり、半導体装置９３を小型化、薄型化することが困難となる。また、開口部８２ａを設けて透光性基板９７を設ける等製造工程が増加し、製造コストが増加する、生産効率が低下する等の問題があった。図８に示すように配線基板８２の開口部８２ａを透明樹脂で充填する場合も、同様に樹脂材料が多量に必要となり、製造コストおよび作業工程が増加する問題があった。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、配線基板上にフリップチップ実装された半導体装置において、フレキシブル配線基板を折り曲げたときの突起電極とリードとの接点の乖離及び封止樹脂のクラックを防ぐことができ、高い信頼性を備える半導体装置を提供することを目的とする。また、本発明は、小型化、薄型化が可能であり、製造コスト及び生産効率に優れる半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる半導体装置は、
配線基板と、
前記配線基板上に形成されたリードと、
前記リードに電気的に接続された突起電極と半導体素子とを有する半導体チップと、
前記半導体チップと、前記リードとを一括して被覆する樹脂シートと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
前記半導体チップの前記半導体素子は、前記突起電極と同一面に形成されてもよい。
【００１３】
前記半導体素子は、受光面又は発光面を備える光学半導体素子であってもよい。。
【００１４】
前記配線基板は、少なくとも前記受光部又は前記発光部に対向する領域が透光性を備えてもよい。
【００１５】
前記配線基板は、前記光学半導体素子の前記受光部又は前記発光部に対向する領域に開口部を有し、
前記開口部は、透光性を備える板状部材で覆われてもよい。
【００１６】
前記半導体チップの前記半導体素子は、前記突起電極が形成された面とは反対側の面に形成され、
前記半導体チップは、前記半導体チップの前記半導体素子が形成された面に設けられた電極パッドとを更に備え、
前記電極パッドと前記突起電極とが、前記半導体チップを貫通する導電部材を介して、電気的に接続されていてもよい。
【００１７】
前記半導体チップの前記半導体素子は、受光部又は発光部を有する光学半導体素子であり、
前記樹脂シートは透光性を備えてもよい。
【００１８】
前記半導体チップと前記配線基板との間に、少なくとも前記リードと前記突起電極とを覆うように封止樹脂が形成されていてもよい。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る半導体装置の製造方法は、
突起電極を半導体チップに形成された電極パッド上に電気的に接続する突起電極接続工程と、
前記突起電極を配線基板上に形成されたリード上に載置し、前記突起電極と、前記リードとを電気的に接続するリード接続工程と、
前記半導体チップ及び前記リードを覆うように、樹脂シートを一括して貼り付ける樹脂シート貼付工程と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
前記樹脂シート貼付工程では、ローラープレス、又は真空プレスにより前記半導体チップ、前記リード、及び前記配線基板に前記樹脂シートを密着させてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、配線基板上にフリップチップ実装された半導体ベアチップとリードとを、一括して樹脂シートで覆うことによって、突起電極とリードとの乖離を防止することができ、また封止樹脂がなくとも、水分や埃等からの汚染を防止できるため、高い信頼性を備える半導体装置とその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、樹脂シートによって、突起電極とリード、リードと封止樹脂等の剥離を防ぐことができるため、小型化、薄型化することが可能な半導体装置とその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、樹脂シート製作工程が配線基板のカバーレイフィルム製作工程を兼ねることができるため、生産効率が良くコスト削減が可能な半導体装置とその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態に係る半導体装置及び製造方法について図を用いて説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０を図１に示す。半導体装置１０は、図１に示すように、半導体ベアチップ１１と、配線基板１２と、リード１３と、突起電極１４と、樹脂シート１５と、を備える。
【００２４】
半導体ベアチップ１１は、所定機能を備える半導体素子が搭載される。また、半導体ベアチップ１１は、配線基板１２と対向する面に電極パッド１１ａを備えており、電極パッド１１ａ上に突起電極１４が形成される。
【００２５】
配線基板１２は、ポリイミド樹脂、ガラスエポキシ等から形成された可撓性のフレキシブル配線基板から構成される。
【００２６】
リード１３は、銅箔等から構成され、配線基板１２上に複数形成される。また、リード１３は電極パッド部１３ａを備え、電極パッド部１３ａと突起電極１４とは熱圧着や金属拡散等の方法で電気的に接続される。リード１３の電極パッド部１３ａを備える一端は図１に示すように樹脂シート１５に覆われているが、リード１３の他方の端は樹脂シート１５から露出する。
【００２７】
突起電極１４は、例えば金バンプ等から構成され、半導体ベアチップ１１の電極パッド１１ａ上に形成される。突起電極１４は、リード１３の電極パッド部１３ａに電気的に接続されている。
【００２８】
樹脂シート１５は、ポリイミドやエポキシ樹脂等から構成される。樹脂シート１５の半導体ベアチップ１１と対向する面に熱硬化性又は紫外線硬化性樹脂からなる接着層（図示せず）が形成される。接着層によって樹脂シート１５は、半導体ベアチップ１１と、リード１３とに密着する。
【００２９】
このように本発明の半導体装置１０は、半導体ベアチップ１１とリード１３とを樹脂シート１５で覆うことによって、突起電極１４とリード１３との乖離を防止することができる。従って、樹脂シート１５によって半導体装置１０の強度が増すことから、樹脂シートを備えない従来の半導体装置と比較して、配線基板１２を薄く形成することができ、半導体装置１０を小型化、薄型化することができる。また、本発明の半導体装置１０は、樹脂シート１５によって半導体ベアチップ１１及びリード１３が覆われているため、水分や埃等の進入を防ぐことができ、高い信頼性を得ることができる。
【００３０】
また、本発明の半導体装置１０は、樹脂シート１５によって突起電極１４とリード１３との接点を補強することができるため、従来接点を補強するために必要とされた樹脂材料を大量に使用することがない。また、樹脂シート１５をリード１３上に覆うことで、従来リード上に必要とされたカバーレイフィルムが不要となり、コストを削減することができる。
【００３１】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
なお、以下に記載する製造方法は一例であって、同様の結果物が得られるのであればこれに限定されない。
【００３２】
まず、配線基板１２上の所定の位置にリード１３を形成する。
次に、突起電極１４が形成された半導体ベアチップ１１を、突起電極１４がリード１３の電極パッド部１３ａに位置するように搭載する。
【００３３】
続いて、半導体ベアチップ１１の突起電極１４とリード１３とを、熱圧着や金属拡散等の手法、あるいはハンダ、ロウ材、導電性接着剤、異方性導電膜等を用いて電気的に接続する。
【００３４】
次に、片面に接着層を形成した樹脂シート１５を、半導体ベアチップ１１及びリード１３を一括して覆うように貼り合わせる。
【００３５】
次に、樹脂シート１５をローラープレス、真空プレス等の手法で配線基板１２に密着させる。そして、樹脂シート１５の接着層を熱硬化、又は紫外線硬化によって硬化させる。
このようにして半導体装置１０が製造される。
【００３６】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、片面に接着層を形成した樹脂シート１５を半導体ベアチップ１１とリード１３上に配置した上で硬化させることにより、半導体ベアチップ１１と配線基板１２との間に封止樹脂を形成しなくとも、リード１３、突起電極１４等を水分、埃等による汚染から保護することができる。従って、封止樹脂を形成する工程を省略することができ、生産効率が良くコスト削減が可能な製造方法を提供することができる。
【００３７】
また、樹脂シート１５によって、突起電極１４とリード１３との接点を補強することができるため配線基板１２を薄く形成することができ、半導体装置１０の小型化、薄型化を図ることができる。また、本発明によれば樹脂シート１５が、カバーレイフィルム作製工程を兼ねるため、工程数を削減し、コスト削減を図ることが可能となる。
【００３８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置２０を図２に示す。
本実施の形態の半導体装置２０が第１の実施の形態の半導体装置１０と異なるのは、封止樹脂２１が形成される点にある。第１の実施の形態と同様の構成を採る部分に関する詳細な説明は、同一の引用符号を用いて省略する。
【００３９】
半導体装置２０は、図２に示すように半導体ベアチップ１１と、配線基板１２と、リード１３と、突起電極１４と、樹脂シート１５と、に加えて、封止樹脂２１を備える。
【００４０】
封止樹脂２１は、例えばエポキシ樹脂等から形成される。封止樹脂１２は、半導体ベアチップ１１と、配線基板１２との間に形成され、リード１３、突起電極１４を覆う。
【００４１】
本実施の形態の半導体装置２０は、樹脂シート１５だけでなく、リード１３と、突起電極１４とを覆って封止樹脂２１が形成されるため、リード１３と突起電極１４の腐食を良好に防ぐことができる。
また、図６に示す従来の半導体装置８０では、封止樹脂８６にクラックが発生する恐れがあったが、本実施の形態では、樹脂シート１５によって、半導体装置２０は良好に補強されるため、封止樹脂２１内に生じるクラックの発生を防ぐことができる。このように本実施の形態の半導体装置２０は、高い信頼性を備えることができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置３０を図３に示す。
本実施の形態の半導体装置３０が第１の実施の形態の半導体装置１０と異なるのは、半導体ベアチップ１１が光学半導体素子１１ｂを備える点にある。第１の実施の形態と同様の構成を採る部分に関する詳細な説明は、同一の引用符号を用いて省略する。
【００４３】
半導体装置３０は、図３に示すように半導体ベアチップ１１と、リード１３と、突起電極１４と、樹脂シート１５と、配線基板３１と、を備える。
【００４４】
半導体ベアチップ１１の下面に、光学半導体素子１１ｂの受光面又は発光面が形成される。半導体ベアチップ１１の電極パッド１１ａは、光学半導体素子１１ｂと同一面に形成される。
【００４５】
配線基板３１は、第１の実施の形態と同様にフレキシブル配線基板から構成される。配線基板３１は、光学半導体素子１１ｂの受光面に十分な光が到達するように、又は発光面から発せられる光が十分透過するように、第１の実施の形態の配線基板１２より薄く形成される。
【００４６】
このように、本実施の形態の半導体装置３０は、樹脂シート１５によって半導体ベアチップ１１等が覆われるため、樹脂シート１５が形成されない場合と比較し、より配線基板３１の厚みを薄くすることができる。従って、あえて透明な材料を配線基板３１として用いなくとも、光学半導体素子１１ｂに求められる透光性を確保することができる。
【００４７】
なお、半導体ベアチップ１１に搭載された光学半導体素子１１ｂが、高い透光性を必要とする場合、配線基板３１の厚さを薄くするのみでは対応できない場合等、配線基板３１は、透明な材料から形成されても良い。この場合、配線基板３１として従来のフレキシブル基板を利用する場合より、配線基板３１をやや厚く形成することが可能となる。
【００４８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置４０を図４に示す。
本実施の形態の半導体装置４０が第１の実施の形態の半導体装置と異なるのは、配線基板１２が開口部１２ａを備え、開口部１２ａが透明樹脂シート４１で覆われている点にある。第１の実施の形態と同様の構成を採る部分に関する詳細な説明は、同一の引用符号を用いて省略する。
【００４９】
半導体装置４０は、図４に示すように、半導体ベアチップ１１と、配線基板１２と、リード１３と、突起電極１４と、樹脂シート１５と、透明樹脂シート４１と、を備える。
【００５０】
半導体ベアチップ１１の下面に、光学半導体素子１１ｂの受光面又は発光面が形成される。半導体ベアチップ１１の電極パッド１１ａは、光学半導体素子１１ｂと同一面に形成される。
【００５１】
配線基板１２は、光学半導体素子１１ｂの受光面又は発光面に対応して形成された開口部１２ａを備える。開口部１２ａは、透明樹脂シート４１によって覆われている。
【００５２】
透明樹脂シート４１は、例えばエポキシ樹脂等から構成され、配線基板１２に形成された開口部１２ａを塞ぐように、配線基板１２の下面に設置される。
【００５３】
本実施の形態の半導体装置４０によれば、配線基板１２に開口部１２ａを設け、開口部１２ａを透明樹脂シート４１で覆うことによって、光学半導体素子１１ｂに必要とされる十分な透光性を得ることができる。なお、半導体装置４０は、樹脂シート１５によって覆われるため、配線基板１２が開口部１２ａを備えても、十分な強度を確保することができる。また、半導体装置４０は、樹脂シート１５及び透明樹脂シート４１で覆われるため、リード１３、突起電極１４等を埃、水分等から保護することができ、高い信頼性を得ることができる。
【００５４】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施の形態に係る半導体装置５０を図５に示す。
本実施の形態の半導体装置５０が第１実施の形態の半導体装置１０等と異なるのは、半導体ベアチップ５１の上面に光学半導体素子５１ａが形成される点にある。他の実施の形態と同様の構成を採る部分に関する詳細な説明は省略する。
【００５５】
半導体装置５０は、図５に示すように半導体ベアチップ５１と、配線基板５２と、リード５３と、突起電極５４と、樹脂シート５５と、貫通電極５１ｃと、を備える。
【００５６】
半導体ベアチップ５１は、上面に光学半導体素子５１ｂの受光面又は発光面を備え、電極パッド５１ａを上面に備える。また、半導体ベアチップ５１は、貫通電極５１ｃを備えており、この貫通電極５１ｃを介して電極パッド５１ａと、突起電極５４とは電気的に接続される。  
【００５７】
配線基板５２は、フレキシブル配線基板からなる。
また、突起電極５４は、金バンプ等からなり、リード５３の電極パッド部５３と電気的に接続される。
【００５８】
また、樹脂シート５５は、光学半導体素子５１ｂに必要な透光性を備える透明性樹脂材料から形成される。樹脂シート５５は、半導体ベアチップ５１と対向する面に接着層を備えており、半導体ベアチップ５１と、リード５３とを覆うように一括して貼り付けられる。
【００５９】
本実施の形態の半導体装置５０は、樹脂シート５５を透光性を備える樹脂から形成することによって、半導体ベアチップ１１上面に光学半導体素子５１ｂの受光面又は発光面が形成された場合であっても、光学半導体素子５１ｂに必要とされる透光性を確保しつつ、半導体装置５０の強度を確保することができる。
【００６０】
また、他の実施の形態と同様に、樹脂シート５５によってリード５３、突起電極５４等は水分、埃等から保護されるため、高い信頼性を備えることが可能である。また、配線基板５２を従来と比較して薄く形成することが可能であるため、半導体装置５０は、小型化、薄型化することが可能である。
【００６１】
本発明は上述した各実施の形態に限られず様々な修正及び応用が可能である。
例えば、上述した第３〜第５の実施の形態では突起電極とリードとが樹脂で封止されていない場合を例に挙げて説明したが、これに限られず第２の実施の形態と同様に突起電極とリードの周囲に封止樹脂が形成されていても良い。
例えば第３の実施の形態のように半導体ベアチップ１１に光学半導体素子１１ｂが形成されている場合、封止樹脂は透光性を備える樹脂を用いてもよいし、透光性を備えない樹脂を用いて、リード１３と突起電極１４の周囲のみに封止樹脂を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す図である。
【図６】従来の半導体装置の構成例を示す図である。
【図７】従来の半導体装置の構成例を示す図である。
【図８】従来の半導体装置の構成例を示す図である。
【図９】従来の半導体装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，２０，３０，４０，５０  半導体装置
１１  半導体ベアチップ
１１ａ  電極パッド
１１ｂ  光学半導体素子
１２，３１  配線基板
１２ａ  開口部
１３  リード
１４  突起電極
１５  樹脂シート
２１  封止樹脂
４１  透明樹脂シート
【図１】
2006344756.tif 000003
【図２】
2006344756.tif 000004
【図３】
2006344756.tif 000005
【図４】
2006344756.tif 000006
【図５】
2006344756.tif 000007
【図６】
2006344756.tif 000008
【図７】
2006344756.tif 000009
【図８】
2006344756.tif 000010
【図９】
2006344756.tif 000011